JP6637623B2

JP6637623B2 - ワイヤボンディング装置

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Publication number: JP6637623B2
Application number: JP2018567395A
Authority: JP
Inventors: 一昭長野
Original assignee: Shinkawa Ltd
Current assignee: Shinkawa Ltd
Priority date: 2017-02-09
Filing date: 2018-02-01
Publication date: 2020-01-29
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Also published as: JPWO2018147164A1; TW201834092A; WO2018147164A1; TWI692043B

Description

本発明は、超音波ホーンの共振周波数に基づいて圧電素子に供給する電力、キャピラリがワイヤを電極に押圧する荷重を算出し、算出した結果に基づいて圧電素子に供給する電力、キャピラリがワイヤを電極に押圧する荷重を調整するワイヤボンディング装置に関する。

半導体ダイの電極と基板の電極を金、アルミ、銅等のワイヤで接続するワイヤボンディング装置が多く用いられている。ワイヤボンディング装置は、キャピラリ等のボンディングツールでワイヤを各電極に押圧すると共にワイヤを超音波加振してワイヤを電極の表面に接合する。ワイヤの超音波加振は、超音波振動子によって超音波ホーンを共振させ、その振動をキャピラリ等のボンディングツールによってワイヤに伝達し、ボンディングツールでワイヤを電極に押圧する際にボンディングツールからワイヤに超音波振動を伝達することによって行う。ワイヤボンディング装置において、良好なボンディングを行うためには、ワイヤの押圧荷重、超音波振動子に入力するエネルギ等の制御パラメータを調整することが必要となる。

このため、ワイヤボンディングされた圧着ボールの直径、ワイヤボンドのせん断強度に基づいてワイヤの押圧荷重、超音波振動子に入力するエネルギ等の制御パラメータを調整することが提案されている（例えば、特許文献１参照）。

また、半導体ダイの大きさ、半導体ダイを基板に接着している接着材の弾性率、厚さ、ボンディング位置、ボンディング温度に基づいて、ボンディング荷重、超音波振動の出力を補正する方法が提案されている（例えば、特許文献２参照）。

特開２０１２−７４６９９号公報特開平１１−１７６８６６号公報

High-Frequency Enhancement For Ambient Temperature Ball Bonding (Ultrasonic energy makes ball bonding at room temperature possible)、Thomas H. Ramesy Ceasar Alfaro Frequency Characteristics of Ultrasonic Wire Bonding Using High Frequency Vibration Systems f 40 kHz to 780 kHz, Jiromaru Tsujino, Koichi Hasegawa

ところで、発明者らの研究により、ワイヤボンディング装置の制御パラメータは、超音波ホーンの共振周波数に依存することがわかってきている。しかし、特許文献１、２に記載された従来技術では、制御パラメータの調整、補正において超音波ホーンの共振周波数を考慮していない。このため、特許文献１、２に記載された従来技術では、異なる共振周波数の超音波ホーンを取り付けてワイヤボンディングを行う際に、制御パラメータを好適に調整、補正することができず、良好なワイヤボンディングを行うことが難しい場合があった。

そこで、本発明は、異なる共振周波数の超音波ホーンを用いて好適なワイヤボンディングが可能なワイヤボンディング装置を提供することを目的とする。

本発明のワイヤボンディング装置は、ワイヤを電極に接合するワイヤボンディング装置であって、圧電素子と、圧電素子によって加振され、固有の共振周波数で超音波振動する超音波ホーンと、超音波ホーンの先端に取り付けられてワイヤを電極に押圧すると共にワイヤに超音波振動を印加するキャピラリと、超音波ホーン及びキャピラリを電極に対して上下方向に駆動させ、キャピラリによりワイヤを電極に押圧する駆動部と、超音波ホーンの共振周波数を含む第１ボンディングパラメータ、及び、圧電素子に供給する電力値、又はキャピラリがワイヤを電極に押圧する荷重値を含む第２ボンディングパラメータを取得する取得手段と、取得した第２ボンディングパラメータに電力値が含まれているか否か、キャピラリがワイヤを荷重値が含まれているか否かを判断し、第２ボンディングパラメータに電力値が含まれている場合には、荷重値を第１パラメータ及び電力値に基づいて算出し、第２ボンディングパラメータに荷重値が含まれている場合には、荷重値を第１パラメータ及び荷重値に基づいて電力値を算出し、算出した電力値及び荷重値に基づいて、圧電素子に供給する第１電流値を調整するとともに、駆動部に供給する第２電流値を調整する制御部とを備えること、を特徴とする。

本発明のワイヤボンディング方法は、ワイヤを電極に接合するワイヤボンディング方法であって、圧電素子と、圧電素子によって加振され、固有の共振周波数で超音波振動する超音波ホーンと、超音波ホーンの先端に取り付けられてワイヤを電極に押圧すると共にワイヤに超音波振動を印加するキャピラリと、超音波ホーン及びキャピラリを電極に対して上下方向に駆動させ、キャピラリによりワイヤを電極に押圧する駆動部と、を備えるワイヤボンディング装置を準備する工程と、超音波ホーンの共振周波数を含む第１ボンディングパラメータ、及び、圧電素子に供給する電力値、又はキャピラリがワイヤを電極に押圧する荷重値を含む第２ボンディングパラメータを取得する工程と、取得した第２ボンディングパラメータに電力値が含まれているか否か、キャピラリがワイヤを荷重値が含まれているか否かを判断する工程と、第２ボンディングパラメータに電力値が含まれている場合には、荷重値を第１パラメータ及び電力値に基づいて算出し、第２ボンディングパラメータに荷重値が含まれている場合には、荷重値を第１パラメータ及び荷重値に基づいて電力値を算出する工程と、算出した電力値及び荷重値に基づいて、圧電素子に供給する第１電流値を調整するとともに、駆動部に供給する第２電流値を調整する工程とを有すること、を特徴とする。

本発明は、異なる共振周波数の超音波ホーンを用いて好適なワイヤボンディングが可能なワイヤボンディング装置を提供可能である。

本発明の実施形態におけるワイヤボンディング装置の構成を示す系統図である。本発明の実施形態におけるワイヤボンディング装置のワイヤボンディング工程中のフリーエアボールの形成工程を示す説明図である。本発明の実施形態におけるワイヤボンディング装置のワイヤボンディング工程中の接合工程を示す説明図である。］本発明の実施形態におけるワイヤボンディング装置のワイヤボンディング工程中のルーピング工程を示す説明図である。本発明の実施形態におけるワイヤボンディング装置のワイヤボンディング工程中の接合工程を示す説明図である。本発明の実施形態におけるワイヤボンディング装置の動作を示すフローチャートである。

＜ワイヤボンディング装置の構成＞
以下、図面を参照しながら実施形態のワイヤボンディング装置１００について説明する。図１に示すように、本実施形態のワイヤボンディング装置１００は、フレーム１０と、フレーム１０の上に取り付けられたＸＹテーブル１１と、ＸＹテーブル１１の上に取り付けられたボンディングヘッド１２と、ボンディングヘッド１２に取り付けられたボンディングアーム１３と、ボンディングアーム１３の先端に取り付けられた超音波ホーン１４と、超音波ホーン１４を超音波振動させる圧電素子１６と、超音波ホーン１４の先端に取り付けられたキャピラリ１５と、半導体ダイ１９が取り付けられた基板２０を加熱吸着するヒートブロック１７と、制御部５０と、演算部６０とを備えている。なお、図１において、ＸＹ方向は水平方向、Ｚ方向は上下方向を示す。

ボンディングヘッド１２は、ＸＹテーブル１１によってＸＹ方向に移動する。ボンディングヘッド１２の内部には、ボンディングアーム１３を上下方向（Ｚ方向）に駆動するＺ方向モータ３０が設けられている。Ｚ方向モータ３０は、ボンディングヘッド１２に固定された固定子３１と、回転軸３５の周りに回転する可動子３２とで構成されている。可動子３２は、ボンディングアーム１３の後部と一体になっており、可動子３２が回転移動するとボンディングアーム１３の先端が上下方向に移動する。可動子３２の回転軸３５の回転中心３３（図１中で一点鎖線３７と一点鎖線３６の交点で示す）の高さはボンディング面と略同一の高さとなっている。したがって、可動子３２が回転移動すると、キャピラリ１５の先端は、半導体ダイ１９の電極１９ａ（図２Ａに示す）の上面に対して略垂直方向に上下に移動する。ボンディングアーム１３の先端には、超音波ホーン１４のフランジ１４ａがボルト１４ｂで固定されている。また、ボンディングアーム１３の先端部分の下側の面には、圧電素子１６を収容する凹部１３ａが設けられている。

超音波ホーン１４は、超音波振動を伸長させるためにフランジ１４ａから先端に向かって断面が細くなっている。超音波ホーン１４の先端にはキャピラリ１５が取り付けられている。キャピラリ１５は、中心にワイヤ２１を通す為の孔が設けられている円筒形で、先端に向かうにつれて外径が小さくなっている。ヒートブロック１７は、フレーム１０の上に取り付けられている。ヒートブロック１７には、ヒートブロック１７を加熱するヒータ１８が取り付けられており、その上面に基板２０を吸着固定する。

Ｚ方向モータ３０の固定子３１には、モータドライバ４２を介して電源４１から駆動電力が供給されている。また、圧電素子１６には、圧電素子ドライバ４４を介して電源４３から駆動電力が供給されている。

演算部６０は、内部に演算処理を行うＣＰＵとプログラム等を格納するメモリとを有するコンピュータである。図１に示すように、演算部６０は、超音波ホーン１４の共振周波数ｆｒに基づいてボンディングに必要な圧電素子１６に供給する電力Ｐｏｗｅｒ_ｒｅｑを算出する第１演算ブロック６１と、超音波ホーン１４の共振周波数ｆｒに基づいてボンディングに必要なキャピラリ１５がワイヤ２１を半導体ダイ１９または基板２０の電極１９ａ，２０ａに押圧する荷重Ｆ_ｒｅｑとを算出する第２演算ブロック６２と、図示しない入力装置からのデータ入力を受ける入力部６３とを備えている。

制御部５０は、内部に演算処理を行うＣＰＵ５２と、制御プログラム、データ等を格納するメモリ５３と、機器、センサとの入出力を行う機器・センサインターフェース５１とを備えるコンピュータである。ＣＰＵ５２とメモリ５３と機器・センサインターフェース５１とはデータバス５４で接続されている。

制御部５０は、演算部６０が算出した圧電素子１６に供給する電力Ｐｏｗｅｒ_ｒｅｑまたは、キャピラリ１５がワイヤ２１を半導体ダイ１９または基板２０の電極１９ａ、２０ａに押圧する荷重Ｆ_ｒｅｑが入力され、圧電素子１６に供給する電力Ｐｏｗｅｒ、または、キャピラリ１５がワイヤ２１を半導体ダイ１９または基板２０の電極に押圧する荷重Ｆを調整する。ここで、制御部５０は、Ｚ方向モータ３０への供給電力を調整することにより、キャピラリ１５がワイヤ２１を半導体ダイ１９または基板２０の電極に押圧する荷重Ｆを調整する。

以下、図２Ａから図２Ｄを参照しながら、図１に示すワイヤボンディング装置１００によって半導体ダイ１９の電極１９ａと基板２０の電極２０ａとの間をワイヤ２１によって接続するワイヤボンディングの工程について簡単に説明する。

図２Ａに示すように、キャピラリ１５に貫通させたワイヤ２１の先端を球状のフリーエアボール２１ａに形成する。フリーエアボール２１ａの形成は、トーチ電極２２とキャピラリ１５の先端から延出したワイヤ２１の先端との間にスパークを発生させ、その熱によりワイヤ２１を球状に形成する。また、半導体ダイ１９が取り付けられた基板２０はヒートブロック１７に吸着固定されると共にヒータ１８によって所定の温度に加熱されている。

次に、図２Ｂに示すように、Ｚ方向モータ３０を駆動してボンディングアーム１３を回転させ、キャピラリ１５の先端を半導体ダイ１９の電極１９ａに向かって下降させる。そして、半導体ダイ１９の電極１９ａの上にフリーエアボール２１ａを押圧すると同時に圧電素子１６に交番方向の電力を供給する。すると、交番電力は、圧電素子１６の逆圧電効果により厚み方向に伸長・収縮の機械運動に変換される。そのときの周波数と超音波ホーン１４の固有周波数が同調すると超音波ホーン１４全体が軸方向に伸縮するように共振する。超音波ホーン１４の先端に取り付けられたキャピラリ１５は超音波ホーン１４との締結部を基準として曲げ方向に連成的に超音波共振する。キャピラリ１５によるフリーエアボール２１ａの電極１９ａへの押圧と超音波振動によってフリーエアボール２１ａと半導体ダイ１９の電極１９ａとが接合する。

図２Ｃに示すように、フリーエアボール２１ａを半導体ダイ１９の電極１９ａの上に接合したら、ワイヤ２１を繰り出しながらワイヤ２１をルーピングして基板２０の電極２０ａの上にキャピラリ１５を移動させる。そして、図２Ｄに示すように、キャピラリ１５を下降させてワイヤ２１を基板２０の電極２０ａに押圧して接合する。

＜フォノン伝導効果と、超音波ホーンの共振周波数に基づいて圧電素子に供給する電力とキャピラリがワイヤを電極に押圧する荷重の計算式の導入＞
本実施形態のワイヤボンディング装置１００の動作について説明する前に、フォノン伝導効果について説明する。フォノンは結晶内を音速で伝播する波動の振る舞いをするとびとびの量子と定義されている。ピエゾ素子（圧電素子１６）の振動をある物質の表面に、または、ある水晶の表面に照射することにより生成される。フォノン生成の相互作用によって、熱伝導、熱膨張、拡散移動が発現する。熱エネルギがある物質の全体のバルクで吸収されるのと異なり、フォノンは転位や格子欠陥などの格子の不完全性を有する部位のみに集中し、熱的変化と機械的変化をもたらす。ワイヤボンディングにおいては、フォノンの振動周波数を高めることによって、フォノンの生成を増やし、ワイヤ２１と電極１９ａ，２０ａとの接合界面での転位移動において、金属間の不純物・欠陥による移動阻害極小部の温度上昇を促進させる効果がある。（例えば、非特許文献１参照）。

フォノン伝導効果によれば、超音波振動を応用したワイヤボンディング装置１００において、要求される接合界面におけるせん断強度を得るために必要なキャピラリ１５の先端における超音波振動の片振幅ｙ_ｒｅｑ（μｍ）は、以下の式（４）で表される。

ここで、Ａは形状寸法ａ、ボンディングパッドの材質ｂ、ボンディングスピードｃ、接合部温度ｄによって定まる係数である（例えば、非特許文献２参照）。すなわち、Ａは関数ｆを用いて下記の式（２）のように表される。

Ｂは、ワイヤ２１の材質によって決まる係数である。
ｆｒは、超音波ホーン１４の共振周波数ｆｒ、すなわち、ワイヤボンディングにおける超音波振動の周波数（Ｈｚ）である。

圧電素子１６に供給する電気エネルギ（電力量、単位はｍＷｓ）をＥ、接合界面において必要せん断強度を得るための必要電力量（単位はｍＷｓ）をＥ_ｒｅｑとする。界面の接合はキャピラリ１５の振幅運動の力学的作用によって達成されるので、そのときの必要振動速度（単位はｍ／ｓ）をｖ_ｒｅｑとすると、必要電力量Ｅ_ｒｅｑは以下の式（５）式で示される。

ここで、Ｔ_ｒｅｑは接合に要するプロセス時間（ｍｓ）、Ｐｏｗｅｒ_ｒｅｑは、圧電素子１６に供給する電力（ｍＷ）、Ｆ_ｒｅｑは、キャピラリ１５がワイヤ２１またはフリーエアボール２１ａを半導体ダイ１９の電極１９ａに押圧する荷重（Ｎ）を示す（以下、ボンド荷重Ｆ_ｒｅｑという）。式（５）は、ワイヤボンディングプロセスにおいて、変調による皮相電力やキャピラリ１５による摩擦熱が発現していないと仮定した場合に成立つ。

ここで、必要電力量Ｅ_ｒｅｑ（ｍＷｓ）とワイヤボンディングプロセスとの関係性を調べる。式（５）において、プロセス時間を０に極限まで近づけて、Ｔ_ｒｅｑ→０としたとき、エネルギは“０”であるから、以下の式（６）が成り立つ。

式（６）を時間Ｔで微分すると、圧電素子１６に供給する電力Ｐｏｗｅｒ_ｒｅｑ（ｍＷ）は、以下の式（７）で表される。

ここで、振動速度ｖ_ｒｅｑ（ｍ／ｓ）は、以下の式（８）で表される。

式（８）に式（４）、式（２）を代入すると、以下の式（９）となる。

式（７）に式（９）、式（２）を代入すると、圧電素子１６に供給する電力Ｐｏｗｅｒ_ｒｅｑ（ｍＷ）は、以下の式（１）で表される。

また、キャピラリ１５がワイヤ２１を半導体ダイ１９の電極１９ａに押圧する荷重であるボンド荷重Ｆ_ｒｅｑ（Ｎ）は、下記の式（３）により表される。

＜超音波ホーンの共振周波数に基づいて圧電素子に供給する電力とキャピラリがワイヤを電極に押圧する荷重の計算例＞
以下に、先に導入した式を用いて超音波ホーン１４の共振周波数ｆｒに基づいて圧電素子１６に供給する電力Ｐｏｗｅｒとキャピラリ１５がワイヤ２１を電極１９ａに押圧する荷重Ｆの計算例を示す。

各式中の係数Ａ、Ｂはワイヤ２１の材質、直径等により様々な数値を取りうるが、一例を示すと、直径３０（μｍ）の金のワイヤ２１を用い、直径５５（μｍ）のフリーエアボール２１ａを０．８（μｍ）のアルミ蒸着した半導体ダイ１９の電極の上にボンディングする場合、係数Ａは１．８５、係数Ｂは、０．００１６となる。以下の例では、係数Ａ、係数Ｂをそれぞれ１．８５、０．００１６とした場合の計算例を示す。

係数Ａ、係数Ｂをそれぞれ１．８５、０．００１６、超音波ホーン１４の共振周波数ｆｒが１２０（ｋＨｚ）、ボンド荷重Ｆ_ｒｅｑ＝０．１４７（Ｎ）の場合、圧電素子１６に供給が必要な電力Ｐｏｗｅｒ_ｒｅｑ（ｍＷ）は、式（１）から、３０（ｍＷ）と計算される。また、超音波ホーン１４の共振周波数ｆｒを１２０（ｋＨｚ）から１５０（ｋＨｚ）に変更し、圧電素子１６に供給する電力Ｐｏｗｅｒ_ｒｅｑを３０（ｍＷ）に保った場合、必要なボンド荷重Ｆ_ｒｅｑ（Ｎ）は、式（３）により、０．１９（Ｎ）と計算される。

このように、式（１）により、超音波ホーン１４の共振周波数ｆｒ（ｋＨｚ）に基づいて、ボンド荷重Ｆ_ｒｅｑ（Ｎ）を規定した場合に圧電素子１６に供給が必要な電力Ｐｏｗｅｒ_ｒｅｑ（ｍＷ）を計算することができる。また、式（３）により、超音波ホーン１４の共振周波数ｆｒ（ｋＨｚ）に基づいて、圧電素子１６に供給する電力Ｐｏｗｅｒ_ｒｅｑ（ｍＷ）を規定した場合の必要ボンド荷重Ｆ_ｒｅｑ（Ｎ）を計算することができる。従って、共振周波数ｆｒ（ｋＨｚ）の異なる超音波ホーン１４を用いた場合でも、圧電素子１６に供給が必要な電力Ｐｏｗｅｒ_ｒｅｑ（ｍＷ）、あるいは、必要なボンド荷重Ｆ_ｒｅｑ（Ｎ）を好適に調整することが可能となる。

＜ワイヤボンディング装置の動作＞
以下、図３を参照しながら、本実施形態のワイヤボンディング装置１００の動作について説明する。

図３のステップＳ１０１に示すように、演算部６０の入力部６３は、図示しない外部の入力装置から、超音波ホーン１４の共振周波数ｆｒ（ｋＨｚ）、圧電素子１６への供給電力Ｐｏｗｅｒ_ｒｅｑ（ｍＷ）、ボンド荷重Ｆ_ｒｅｑ（Ｎ）、形状寸法ａ、ボンディングパッドの材質ｂ、ボンディングスピードｃ、接合部温度ｄ、係数Ｂを取得する。ここで、形状寸法ａとしては、いろいろな値を考慮することが可能であるが、例えば、ワイヤ２１の直径、フリーエアボール２１ａの直径等としてもよい。

入力部６３は、図３のステップＳ１０２に示すように、入力されたデータに基づいて、圧電素子１６への供給電力Ｐｏｗｅｒ_ｒｅｑ（ｍＷ）の調整を行うのか、ボンド荷重Ｆ_ｒｅｑ（Ｎ）の調整を行うのかを判断する。入力部６３は、ボンド荷重Ｆ_ｒｅｑ（Ｎ）のデータが入力されており、圧電素子１６への供給電力Ｐｏｗｅｒ_ｒｅｑ（ｍ）が入力されていない場合には、圧電素子１６への供給電力Ｐｏｗｅｒ_ｒｅｑ（ｍＷ）の調整を行うと判断して図３のステップＳ１０３に進む。逆に、圧電素子１６への供給電力Ｐｏｗｅｒ_ｒｅｑ（ｍ）が入力されており、ボンド荷重Ｆ_ｒｅｑ（Ｎ）のデータが入力されていない場合には、ボンド荷重Ｆ_ｒｅｑ（Ｎ）の調整を行うと判断して図３のステップＳ１０５に進む。

入力部６３は、図３のステップＳ１０３において、入力された、超音波ホーン１４の共振周波数ｆｒ（ｋＨｚ）、ボンド荷重Ｆ_ｒｅｑ（Ｎ）、形状寸法ａ、ボンディングパッドの材質ｂ、ボンディングスピードｃ、接合部温度ｄ、係数Ｂを第１演算ブロック６１に出力する。第１演算ブロック６１は、入力部６３から入力されたデータを用いて、式（２）により係数Ａを計算し、式（１）により圧電素子への供給電力Ｐｏｗｅｒ_ｒｅｑ（ｍＷ）を算出して制御部５０に出力する。

図３のステップＳ１０４に示すように、制御部５０は、圧電素子１６への供給電力Ｐｏｗｅｒ（ｍＷ）が第１演算ブロック６１から入力された圧電素子１６への供給電力Ｐｏｗｅｒ_ｒｅｑ（ｍＷ）となるように、圧電素子ドライバ４４を調整して圧電素子１６に供給する電力を調整する。

また、入力部６３は、図３のステップＳ１０５において、入力された、超音波ホーン１４の共振周波数ｆｒ（ｋＨｚ）、圧電素子１６への供給電力Ｐｏｗｅｒ_ｒｅｑ（ｍＷ）、形状寸法ａ、ボンディングパッドの材質ｂ、ボンディングスピードｃ、接合部温度ｄ、係数Ｂを第２演算ブロック６２に出力する。第２演算ブロック６２は、入力部６３から入力されたデータを用いて、式（２）により係数Ａを計算し、式（３）によりボンド荷重Ｆ_ｒｅｑ（Ｎ）を算出して制御部５０に出力する。

図３のステップＳ１０６に示すように、制御部５０は、ボンド荷重Ｆ（Ｎ）が第２演算ブロック６２から入力されたボンド荷重Ｆ_ｒｅｑ（Ｎ）となるように、モータドライバ４２を調整してＺ方向モータ３０に供給する電流を調整する。電流の調整は、例えば、電流値とボンド荷重Ｆとの関係を規定したマップをメモリ５３の内部に格納しておき、このマップに基づいて電流値を調整するようにしてもよい。

＜本実施形態のワイヤボンディング装置の効果＞
以上説明したように、本実施形態のワイヤボンディング装置１００は、超音波ホーン１４の共振周波数ｆｒ（ｋＨｚ）に基づいて、ボンド荷重Ｆ_ｒｅｑ（Ｎ）を規定した場合に圧電素子１６に供給が必要な電力Ｐｏｗｅｒ_ｒｅｑ（ｍＷ）を調整する。また、超音波ホーン１４の共振周波数ｆｒ（ｋＨｚ）に基づいて、圧電素子１６に供給する電力Ｐｏｗｅｒ_ｒｅｑ（ｍＷ）を規定した場合の必要ボンド荷重Ｆ_ｒｅｑ（Ｎ）を調整することができる。従って、共振周波数ｆｒ（ｋＨｚ）の異なる超音波ホーン１４を用いた場合でも、圧電素子１６に供給する電力Ｐｏｗｅ（ｍＷ）、あるいは、ボンド荷重Ｆ（Ｎ）を調整し、好適にワイヤボンディングを行うことが可能となる。

＜変形例＞
以上、説明した実施形態では、第１演算ブロック６１、第２演算ブロック６２は、入力された式（２）により係数Ａを計算することとして説明したが、これに限らず、例えば、形状寸法ａ、ボンディングパッドの材質ｂ、ボンディングスピードｃ、接合部温度ｄと係数Ａとの相関関係を規定したマップ、あるいは、表等を用いて係数Ａを決定するようにしてもよい。また、ワイヤボンディング工程の途中で共振周波数ｆｒの異なる超音波ホーン１４に交換したような場合には、係数Ａの数値に変化がないので、それ以前の計算で用いていた係数Ａの値をそのまま用いるようにしてもよい。

また、実施形態のワイヤボンディング装置１００の演算部６０は、第１演算ブロック６１、第２演算ブロック６２の２つの演算ブロックを有することとして説明したが、１つの演算ブロックにおいて、演算プログラムを変更することにより、同様の演算を行うように構成してもよい。

また、実施形態では、演算に用いるデータは外部の入力装置から入力されることとして説明したが、これに限らず、例えば、各データを演算部６０の内部のメモリに格納しておき、超音波ホーン１４の共振周波数ｆｒを検出する振動センサを備え、振動センサによって検出した超音波ホーン１４の共振周波数ｆｒを入力データとして入力部６３から演算部６０に入力し、メモリに格納したデータを用いて圧電素子１６に供給が必要な電力Ｐｏｗｅｒ_ｒｅｑ（ｍＷ）、あるいは、ボンド荷重Ｆ_ｒｅｑ（Ｎ）を算出し、制御部５０によって圧電素子１６に供給する電力Ｐｏｗｅｒ、あるいは、ボンド荷重Ｆ算出した電力を計算した電力Ｐｏｗｅｒ_ｒｅｑ（ｍＷ）、あるいは、ボンド荷重Ｆ_ｒｅｑ（Ｎ）に調整するようにしてもよい。この場合、超音波ホーン１４を共振周波数ｆｒが異なるものに変更した場合でも、自動的に圧電素子１６に供給する電力Ｐｏｗｅｒ、あるいは、ボンド荷重Ｆを好適な値に調整でき、自動的に好適なワイヤボンディングを実行することが可能となる。なお、超音波ホーン１４の共振周波数ｆｒは、制御部５０が圧電素子ドライバ４４に出力する交番電力の指令と同じ周波数であるから、制御部５０の圧電素子ドライバ４４の制御信号を演算部６０に入力することにより検出するようにしてもよい。

１０フレーム、１１ＸＹテーブル、１２ボンディングヘッド、１３ボンディングアーム、１３ａ凹部、１４超音波ホーン、１４ａフランジ、１４ｂボルト、１５キャピラリ、１６圧電素子、１７ヒートブロック、１８ヒータ、１９半導体ダイ、１９ａ、２０ａ電極、２０基板、２１ワイヤ、２１ａフリーエアボール、２２トーチ電極、３０Ｚ方向モータ、３１固定子、３２可動子、３３回転中心、３５回転軸、４１、４３電源、４２モータドライバ、４４圧電素子ドライバ、５０制御部、５１機器・センサインターフェース、５２ＣＰＵ、５３メモリ、５４データバス、６０演算部、６１第１演算ブロック、６２第２演算ブロック、６３入力部。

Claims

ワイヤを電極に接合するワイヤボンディング装置であって、
圧電素子と、
前記圧電素子によって加振され、固有の共振周波数で超音波振動する超音波ホーンと、
前記超音波ホーンの先端に取り付けられて前記ワイヤを前記電極に押圧すると共に前記ワイヤに超音波振動を印加するキャピラリと、
前記超音波ホーン及び前記キャピラリを前記電極に対して上下方向に駆動させ、前記キャピラリにより前記ワイヤを前記電極に押圧する駆動部と、
前記超音波ホーンの共振周波数を含む第１ボンディングパラメータ、及び、前記圧電素子に供給する電力値、又は前記キャピラリが前記ワイヤを前記電極に押圧する荷重値を含む第２ボンディングパラメータを取得する取得手段と、
取得した前記第２ボンディングパラメータに前記電力値が含まれているか否か、前記キャピラリが前記ワイヤを前記荷重値が含まれているか否かを判断し、前記第２ボンディングパラメータに前記電力値が含まれている場合には、前記荷重値を第１パラメータ及び前記電力値に基づいて算出し、前記第２ボンディングパラメータに前記荷重値が含まれている場合には、前記荷重値を前記第１パラメータ及び前記荷重値に基づいて前記電力値を算出し、算出した前記電力値及び前記荷重値に基づいて、前記圧電素子に供給する第１電流値を調整するとともに、前記駆動部に供給する第２電流値を調整する制御部とを備える、
ワイヤボンディング装置。
ワイヤを電極に接合するワイヤボンディング方法であって、
圧電素子と、前記圧電素子によって加振され、固有の共振周波数で超音波振動する超音波ホーンと、前記超音波ホーンの先端に取り付けられて前記ワイヤを前記電極に押圧すると共に前記ワイヤに超音波振動を印加するキャピラリと、前記超音波ホーン及び前記キャピラリを前記電極に対して上下方向に駆動させ、前記キャピラリにより前記ワイヤを前記電極に押圧する駆動部と、を備えるワイヤボンディング装置を準備する工程と、
前記超音波ホーンの共振周波数を含む第１ボンディングパラメータ、及び、前記圧電素子に供給する電力値、又は前記キャピラリが前記ワイヤを前記電極に押圧する荷重値を含む第２ボンディングパラメータを取得する工程と、
取得した前記第２ボンディングパラメータに前記電力値が含まれているか否か、前記キャピラリが前記ワイヤを前記荷重値が含まれているか否かを判断する工程と、
前記第２ボンディングパラメータに前記電力値が含まれている場合には、前記荷重値を第１パラメータ及び前記電力値に基づいて算出し、前記第２ボンディングパラメータに前記荷重値が含まれている場合には、前記荷重値を前記第１パラメータ及び前記荷重値に基づいて前記電力値を算出する工程と、
算出した前記電力値及び前記荷重値に基づいて、前記圧電素子に供給する第１電流値を調整するとともに、前記駆動部に供給する第２電流値を調整する工程とを有する、
ワイヤボンディング方法。